專利名稱：一種摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光晶體及其制備方法，具體地說，涉及一種摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體及其制備方法。
背景技術：
二極管泵浦較傳統(tǒng)的閃光燈泵浦具有明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為效率高、光束質(zhì)量好、壽命長、穩(wěn)定性好、體積小、重量輕等，因此二極管泵浦成為了固體激光器技術和應用的主流發(fā)展趨勢之一。摻雜濃度為30&丨％的Er = YSGG晶體能夠發(fā)射2. 8 μ m激光，在激光醫(yī)療(如牙科等)和軍事(如光電對抗)等領域有著重要的應用。Er = YSGG晶體中Er離子的吸收帶盡管較多(如圖I所示)，但帶寬都比較窄。目前商用化的二極管波長在SOOnm附近，因此適用的激光二極管泵浦波長為790nm。但790nm吸收帶寬太窄導致應用時必須用精確和嚴格的二極管溫度控制系統(tǒng)，導致激光器系統(tǒng)比較復雜。盡管近些年出現(xiàn)了 970nm的激光二極管，但是成本仍然很高，并且Er: YSGG晶體在970nm吸收帶的寬度也比較窄(只有6nm)。而吸收帶比較寬的1450nm吸收帶卻沒有匹配的激光二極管，無法在現(xiàn)實中得到應用。因此Er = YSGG晶體在實際應用中基本上仍然采用傳統(tǒng)的閃光燈泵浦方式。但是，閃光燈泵浦Er:YSGG晶體激光器效率低，穩(wěn)定性和可靠性不高。下面舉例說明現(xiàn)有技術中Er:YSGG晶體的制備方法及其光學性能、光學均勻性和激光性能的測量。對比例I :制備拉晶料將各氧化物原料Er203、Y203、Sc2O3和Ga2O3除潮，然后按照化學式ErbVbSc2Ga3O12配比計算稱量，其中，b = O. 9，原料總重為2400g。各氧化物的純度均為5N 6N。將各氧化物原料裝入容器中混合均勻后裝入乳膠袋中，在油壓機內(nèi)靜壓成型。將壓制成型的原料裝入高溫爐中進行多晶料合成。制備Er:YSGG 晶體(b = O. 9)將拉晶料裝入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中后，并封閉爐門抽真空至爐膛壓力小于IOPa0坩堝尺寸為Φ 90 X 90mm。然后關閉抽真空系統(tǒng)，向晶體生長爐中充入普通的保護性氣體Ar和2%的02(由于原料中的Ga2O3在聞溫下各易揮發(fā)，通入一定量的O2可以抑制Ga2O3的揮發(fā)，以保持原料的組成)。然后升溫熔料、下籽晶、提拉生長和降溫取晶體。主要生長工藝參數(shù)為籽晶方向〈111〉晶向，拉速 lmm/h,轉(zhuǎn)速 15r/min。生長獲得的Er = YSGG晶體在馬弗爐中1200°C退火15h，之后進行激光棒光學粗加工和精加工。制備得到的Er = YSGG晶體的晶體化學組成為Era9Yi1Sc2Ga3O12t5
測試光學質(zhì)量和光學均勻性上述制備的Er = YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為04X 100mm，按激光棒技術要求，對兩端面進行了光學精加工。其中消光比的測試條件為采用線偏振光，波長1064nm,光斑尺寸O 3mm。波前畸變的測試條件為測試波長1064nm，光斑尺寸O 3mm，用CXD進行圖像采集。散射顆粒測試條件為200mW的532nm綠光通過晶體，肉眼觀測。測試結(jié)果不于表I。測試激光性能上述制備的Er = YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為04X 100mm，晶體兩端鍍2.8 iim增透膜，冷卻水溫為15±2°C，泵浦脈寬為300ii S，重復頻率為1Hz，輸出鏡透過率為14%，采用InGaAs 二極管側(cè)面泵浦，測定光光轉(zhuǎn)換效率和泵浦閾值來表示其激光性能。其激光性能測試結(jié)果如表2所示。對比例2: 制備拉晶料將各氧化物原料Er203、Y203、Sc2O3和Ga2O3除潮，然后按照化學式ErbVbSc2Ga3O12配比計算稱量，其中，b = 0. 9，原料總重為2400g。各氧化物的純度均為5N 6N。將各氧化物原料裝入容器中混合均勻后裝入乳膠袋中，在油壓機內(nèi)靜壓成型。將壓制成型的原料裝入高溫爐中進行多晶料合成。制備 Er: YSGG 晶體(b = 0. 9)將拉晶料裝入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中，坩堝尺寸為4 90 X 90mm，并在爐膛內(nèi)壁附近放置15g干燥劑P2O5后封閉爐門。抽真空，直至爐膛內(nèi)壓強不大于5X KT2Pa后開始真空烘料，即一邊繼續(xù)抽真空，一邊加熱至200°C，保持200°C恒溫10h。然后關閉抽真空系統(tǒng)，向晶體生長爐中充入特制的低1120含量(不大于I. 5ppm)的保護性氣體Ar和2%的O2 (由于原料中的Ga2O3在高溫下容易揮發(fā)，通入一定量的O2可以抑制Ga2O3的揮發(fā)，以保持原料的組成)。然后升溫熔料、下籽晶、提拉生長和降溫取晶體。主要生長工藝參數(shù)為籽晶方向〈111〉晶向，拉速 lmm/h,轉(zhuǎn)速 15r/min。生長獲得的Er = YSGG晶體在馬弗爐中1200°C退火15h，之后進行激光棒光學粗加工和精加工。制備得到的Er = YSGG晶體的晶體化學組成為Era9Yi1Sc2Ga3O12t5測試光學質(zhì)量和光學均勻性上述制備的Er = YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為04X 100mm，按激光棒技術要求，對兩端面進行了光學精加工。其中消光比的測試條件為采用線偏振光，波長1064nm,光斑尺寸O 3mm。波前畸變的測試條件為測試波長1064nm，光斑尺寸O 3mm，用CXD進行圖像采集。散射顆粒測試條件為200mW的532nm綠光通過晶體，肉眼觀測。測試結(jié)果不于表I。測試激光性能上述制備的Er = YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為04X 100mm，晶體兩端鍍2.8 iim增透膜，冷卻水溫為15±2°C，泵浦脈寬為300ii S，重復頻率為1Hz，輸出鏡透過率為14%，采用InGaAs 二極管側(cè)面泵浦，測定光光轉(zhuǎn)換效率和泵浦閾值來表示其激光性能。其激光性能測試結(jié)果如表2所示。由以上對比例1-2激光性能測試結(jié)果可知，EriYSGG晶體在940nm 二極管泵浦條件下無激光輸出，不能應用在940nm 二極管泵浦上。
Yb:YSGG吸收光譜圖，如圖2所示。Yb離子在940nm存在明顯的吸收帶，正好與已商業(yè)化的InGaAs 二極管匹配，而且吸收帶寬寬(約18nm)，顯著降低了二極管的穩(wěn)定控制要求。圖3表示出了 Yb離子向Er離子的能量轉(zhuǎn)移過程。其中I表示Yb離子吸收940nm泵浦光能量后，由4F7/2能級躍遷至4F5/2能級，并通過2將能量轉(zhuǎn)移給Er離子的4111/2能級，電子由4111/2能級躍遷至4113/2能級時，發(fā)射出2.8μπι波長的熒光。因此，Yb離子成為了Er離子極好的敏化離子。因此，在Er:YSGG晶體中共摻適量濃度的Yb離子，通過Yb離子吸收二極管泵浦能量，并轉(zhuǎn)移給Er離子，可以實現(xiàn)Er離子激光輸出。由于Yb離子在940nm存在明顯的吸收帶，吸收帶寬寬，正好與已商業(yè)化的InGaAs 二極管匹配，因此Yb:Er:YSGG晶體能夠?qū)崿F(xiàn)高效的二極管泵浦激光輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的二極管泵浦激光輸出。本發(fā)明技術方案如下一種摻鐿、鉺的鈧鎵石榴石晶體，所述晶體的化學組成為YbaErbY3_a_bSc2Ga3012，其*,0<a<2.1，b = 0.9。進一步0.6 < a < I. 2, b = O. 9。進一步a= O. 15,0. 3、0· 6、0· 75,0. 9、1· 05,1. 2 或者 2. I, b = O. 9。進一步所述摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體為立方晶系石榴石結(jié)構(gòu)，鐿和鉺離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的釔離子。 本發(fā)明的另一目的在于提供上述摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體的制備方法，得到一種摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的二極管泵浦激光輸出。本發(fā)明的技術方案如下一種摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的制備方法，包括將拉晶料放入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中，在爐膛內(nèi)放置干燥劑以吸收爐膛內(nèi)氣氛中的水分；其中，所述干燥劑為P2O5，所述干燥劑每個生長爐次的用量為5 20g ;對晶體生長爐進行抽真空，當爐內(nèi)壓力不大于5X 10_2Pa后，一邊抽真空，一邊加熱烘烤坩堝中的拉晶料，在200°C 500°C下持續(xù)烘烤IOh 20h，去除其中的水分；關閉抽真空系統(tǒng)，向爐內(nèi)充惰性氣體和體積百分含量為2%的氧氣；所述惰性氣體為含水量不大于I. 5ppm的氬氣或氮氣；升溫熔料、下籽晶、生長Yb:Er:YSGG晶體，然后降溫取出Yb:Er:YSGG晶體；將生長出的Yb:Er:YSGG晶體在馬弗爐中在1200°C高溫下處理15h，消除晶體中0!Γ離子和色心；所述制備的摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的化學組成為YbaErbY3IbSc2Ga3O12，其中，O < a彡2. l，b = O. 9 ;所述制備的摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的化學組成為YbaErbYkbSc2Ga3O12，其中，O. 6彡a彡I. 2，b = O. 9 ;所述制備的摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的化學組成為YbaErbY3IbSc2Ga3O12，其中，a = O. 15,0. 3、0.6、0. 75,0. 9、I. 05、I. 2或者2. 1，b = 0. 9 ;所述制備的摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體為立方
晶系石榴石結(jié)構(gòu)，鐿和鉺離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的釔離子。進一步制備所述拉晶料的步驟包括將原料除潮，按照YbaErbY3_a_bSc2Ga3012的配比稱量原料，其中，0 <a^ 2. l,b = 0.9 ;將原料混合均勻后靜壓成型；將成型后的原料放入高溫爐中進行多晶料合成；降溫后將合成的多晶料研磨，并再一次靜壓成型，得到所述拉晶料。進一步所述原料為Er203、Yb203、Y203、Sc2O3和Ga2O3，所述原料的濃度為5N 6N。進一步所述生長Yb:Er:YSGG晶體的方法包括熔體提拉法。進一步所述P2O5的用量為5、10、15或者20g;所述加熱烘烤坩堝中的拉晶料的溫度為200、300或者500°C ;所述持續(xù)烘烤的時間為10、15或者20h。 本發(fā)明的技術效果包括I、本發(fā)明利用Yb離子吸收940nm 二極管泵浦能量，并將能量轉(zhuǎn)移給Er離子，進而實現(xiàn)2. 8 ii m的二極管泵浦高效激光輸出。2、采用本發(fā)明的除水工藝，進一步提高激光輸出效率。


圖I是Er: YSGG晶體吸收光譜圖；圖2是Yb: YSGG晶體吸收光譜圖；圖3是Yb離子向Er離子的能量轉(zhuǎn)移過程圖；圖4是本發(fā)明的Ybai5Era9Yh95Sc2Ga3O12晶體吸收光譜圖。
具體實施例方式下面參考附圖和優(yōu)選實施例，對本發(fā)明作詳細描述。實施例I :制備拉晶料將各氧化物原料Er2O3' Yb2O3' Y2O3' Sc2O3和Ga2O3除潮，然后按照化學式Y(jié)baErbY3-S^Sc2Ga3O12配比計算稱量,其中，a = 0. 15,b = 0. 9,原料總重為2400g。各氧化物的純度均為5N 6N。將各氧化物原料裝入容器中混合均勻后裝入乳膠袋中，在油壓機內(nèi)靜壓成型。將壓制成型的原料裝入高溫爐中進行多晶料合成。制備Yb:Er:YSGG 晶體(a = 0. 15, b = 0. 9)將拉晶料裝入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中，坩堝尺寸為4 90 X 90mm，并在爐膛內(nèi)壁附近放置IOg干燥劑P2O5后封閉爐門。抽真空，直至爐膛內(nèi)壓強不大于5X10_2Pa后開始真空烘料，即一邊繼續(xù)抽真空，一邊加熱至200°C，保持200°C恒溫10h。然后關閉抽真空系統(tǒng)，向晶體生長爐中充入特制的低1120含量(不大于I. 5ppm)的保護性氣體Ar和體積百分含量為2 %的O2 (由于原料中的Ga2O3在高溫下容易揮發(fā)，通入一定量的O2可以抑制Ga2O3的揮發(fā)，以保持原料的組成)。然后升溫熔料、下籽晶、提拉生長和降溫取晶體，這一過程與通常生長Er:YSGG晶體相同。主要生長工藝參數(shù)為籽晶方向〈111〉晶向，拉速l_/h,轉(zhuǎn)速15r/min。
生長獲得的Yb:Er:YSGG晶體在馬弗爐中1200°C退火15h，之后進行激光棒光學粗加工和精加工，其高溫退火和光學加工工藝過程與Er = YSGG晶體相同。如圖4所示，為本發(fā)明的Ybai5Era9Yu5Sc2Ga3O12晶體的吸收光譜圖。制備得到的Yb: Er: YSGG晶體的晶體化學組成為Ybci. 15Er0.9YL 95Sc2Ga3012,該晶體為立方晶系石槽石結(jié)構(gòu)，空間群為Ia3d，Yb和Er離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的Y離子。測試光學質(zhì)量和光學均勻性 上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4Χ 100mm，按激光棒技術要求，對兩端面進行了光學精加工。其中消光比的測試條件為采用線偏振光，波長1064nm,光斑尺寸Φ3ι πι。波前畸變的測試條件為測試波長1064nm,光斑尺寸Φ3ι πι,用C⑶進行圖像采集。散射顆粒測試條件為200mW的532nm綠光通過晶體，肉眼觀測。測試結(jié)果不于表I。測試激光性能上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4Χ 100mm，晶體兩端鍍2. 8 μ m增透膜，冷卻水溫為15±21，泵浦脈寬為30(^8，重復頻率為1Hz，輸出鏡透過率為14%，采用InGaAs 二極管側(cè)面泵浦，測定光光轉(zhuǎn)換效率和泵浦閾值來表示其激光性能。其激光性能測試結(jié)果如表2所示。實施例2 制備拉晶料將各氧化物原料Er2O3' Yb2O3' Y2O3> Sc2O3和Ga2O3除潮，然后按照化學式Y(jié)baErbY3-S^Sc2Ga3O12配比計算稱量,其中，a = O. 3, b = O. 9,原料總重為2400g。各氧化物的純度均為5N 6N。將各氧化物原料裝入容器中混合均勻后裝入乳膠袋中，在油壓機內(nèi)靜壓成型。將壓制成型的原料裝入高溫爐中進行多晶料合成。制備Yb:Er:YSGG 晶體(a = O. 3，b = O. 9)將拉晶料裝入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中，坩堝尺寸為Φ 90 X 90mm，并在爐膛內(nèi)壁附近放置20g干燥劑P2O5后封閉爐門。抽真空，直至爐膛內(nèi)壓強不大于5X10_2Pa后開始真空烘料，即一邊繼續(xù)抽真空，一邊加熱至500°C，保持500°C恒溫20h。然后關閉抽真空系統(tǒng)，向晶體生長爐中充入特制的低&0含量(不大于I. 5ppm)的保護性氣體Ar和體積百分含量為2 %的O2 (由于原料中的Ga2O3在高溫下容易揮發(fā)，通入一定量的O2可以抑制Ga2O3的 車發(fā)，以保持原料的組成)。然后升溫熔料、下籽晶、提拉生長和降溫取晶體，這一過程與通常生長Er:YSGG晶體相同。主要生長工藝參數(shù)為籽晶方向〈111〉晶向，拉速lmm/h,轉(zhuǎn)速15r/min。生長獲得的Yb:Er:YSGG晶體在馬弗爐中1200°C退火15h，之后進行激光棒光學粗加工和精加工，其高溫退火和光學加工工藝過程與Er = YSGG晶體相同。制備得到的Yb:Er:YSGG晶體的晶體化學組成為Yba3Era9Yh8Sc2Ga3O12,該晶體為立方晶系石榴石結(jié)構(gòu)，Yb和Er離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的Y離子。測試光學質(zhì)量和光學均勻性上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4Χ 100mm，按激光棒技術要求，對兩端面進行了光學精加工。其中消光比的測試條件為采用線偏振光，波長1064nm,光斑尺寸Φ3ι πι。波前畸變的測試條件為測試波長1064nm,光斑尺寸Φ3ι πι,用C⑶進行圖像采集。散射顆粒測試條件為200mW的532nm綠光通過晶體，肉眼觀測。測試結(jié)果不于表I。測試激光性能上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4Χ 100mm，晶體兩端鍍2. 8 μ m增透膜，冷卻水溫為15±21，泵浦脈寬為30(^8，重復頻率為1Hz，輸出鏡透過率為14%，采用InGaAs 二極管側(cè)面泵浦，測定光光轉(zhuǎn)換效率和泵浦閾值來表示其激光性能。其激光性能測試結(jié)果如表2所示。
實施例3 制備拉晶料將各氧化物原料Er2O3' Yb2O3' Y2O3> Sc2O3和Ga2O3除潮，然后按照化學式Y(jié)baErbY3-S^Sc2Ga3O12配比計算稱量,其中，a = O. 6, b = O. 9,原料總重為2400g。各氧化物的純度均為5N 6N。將各氧化物原料裝入容器中混合均勻后裝入乳膠袋中，在油壓機內(nèi)靜壓成型。將壓制成型的原料裝入高溫爐中進行多晶料合成。制備Yb:Er:YSGG 晶體(a = O. 6, b = O. 9)將拉晶料裝入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中，坩堝尺寸為Φ 90 X 90mm，并在爐膛內(nèi)壁附近放置5g干燥劑P2O5后封閉爐門。抽真空，直至爐膛內(nèi)壓強不大于5X10_2Pa后開始真空烘料，即一邊繼續(xù)抽真空，一邊加熱至300°C，保持300°C恒溫15h。然后關閉抽真空系統(tǒng)，向晶體生長爐中充入特制的低&0含量(不大于I. 5ppm)的保護性氣體Ar和體積百分含量為2 %的O2 (由于原料中的Ga2O3在高溫下容易揮發(fā)，通入一定量的O2可以抑制Ga2O3的 車發(fā)，以保持原料的組成)。然后升溫熔料、下籽晶、提拉生長和降溫取晶體，這一過程與通常生長Er:YSGG晶體相同。主要生長工藝參數(shù)為籽晶方向〈111〉晶向，拉速lmm/h,轉(zhuǎn)速15r/min。生長獲得的Yb:Er:YSGG晶體在馬弗爐中1200°C退火15h，之后進行激光棒光學粗加工和精加工，其高溫退火和光學加工工藝過程與Er = YSGG晶體相同。制備得到的Yb:Er:YSGG晶體的晶體化學組成為Yba6Era9Yh5Sc2Ga3O12,該晶體為立方晶系石榴石結(jié)構(gòu)，Yb和Er離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的Y離子。測試光學質(zhì)量和光學均勻性上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4Χ 100mm，按激光棒技術要求，對兩端面進行了光學精加工。其中消光比的測試條件為采用線偏振光，波長1064nm,光斑尺寸Φ3ι πι。波前畸變的測試條件為測試波長1064nm,光斑尺寸Φ3ι πι,用C⑶進行圖像采集。散射顆粒測試條件為200mW的532nm綠光通過晶體，肉眼觀測。測試結(jié)果不于表I。測試激光性能上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4Χ 100mm，晶體兩端鍍2. 8 μ m增透膜，冷卻水溫為15±21，泵浦脈寬為30(^8，重復頻率為1Hz，輸出鏡透過率為14%，采用InGaAs 二極管側(cè)面泵浦，測定光光轉(zhuǎn)換效率和泵浦閾值來表示其激光性能。其激光性能測試結(jié)果如表2所示。
實施例4 制備拉晶料將各氧化物原料Er2O3' Yb2O3' Y2O3' Sc2O3和Ga2O3除潮，然后按照化學式Y(jié)baErbY3IbSc2Ga3O12配比計算稱量，其中，a = 0. 75，b = 0. 9，原料總重為2400g。各氧化物的純度均為5N 6N。將各氧化物原料裝入容器中混合均勻后裝入乳膠袋中，在油壓機內(nèi)靜壓成型。將壓制成型的原料裝入高溫爐中進行多晶料合成。制備Yb:Er:YSGG 晶體(a = 0. 75，b = 0. 9)將拉晶料裝入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中，坩堝尺寸為4 90 X 90mm，并在爐膛內(nèi)壁附近放置IOg干燥劑P2O5后封閉爐門。抽真空，直至爐膛內(nèi)壓強不大于5X10_2Pa后開始真空烘料，即一邊繼續(xù)抽真空，一邊加熱至500°C，保持500°C恒溫10h。然后關閉抽真空系統(tǒng)，向晶體生長爐中充入特制的低1120含量(不大于I. 5ppm)的保護性氣體N2和體積百分含量為2%的O2 (由于原料中的Ga2O3在高溫下容易揮發(fā)，通入一定量的O2可以抑制Ga2O3的揮發(fā)，以保持原料的組成)。然后升溫熔料、下籽晶、提拉生長和降溫取晶體，這一過程與通常生長Er:YSGG晶體相同。主要生長工藝參數(shù)為籽晶方向〈111〉晶向，拉速l_/h,轉(zhuǎn)速15r/min。生長獲得的Yb:Er:YSGG晶體在馬弗爐中1200°C退火15h，之后進行激光棒光學粗加工和精加工，其高溫退火和光學加工工藝過程與Er = YSGG晶體相同。制備得到的Yb:Er:YSGG 晶體的晶體化學組成為YbaHEra9Yu5Sc2Ga3O12，該晶體為立方晶系石榴石結(jié)構(gòu)，Yb和Er離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的Y離子。測試光學質(zhì)量和光學均勻性上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為04X 100mm，按激光棒技術要求，對兩端面進行了光學精加工。其中消光比的測試條件為采用線偏振光，波長1064nm,光斑尺寸O 3mm。波前畸變的測試條件為測試波長1064nm,光斑尺寸O 3mm,用CXD進行圖像采集。散射顆粒測試條件為200mW的532nm綠光通過晶體，肉眼觀測。測試結(jié)果不于表I。測試激光性能上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為04X 100mm，晶體兩端鍍2. 8 iim增透膜，冷卻水溫為15±2°C，泵浦脈寬為300ii S，重復頻率為1Hz，輸出鏡透過率為14%，采用InGaAs 二極管側(cè)面泵浦，測定光光轉(zhuǎn)換效率和泵浦閾值來表示其激光性能。其激光性能測試結(jié)果如表2所示。實施例5:制備拉晶料將各氧化物原料Er2O3' Yb2O3' Y2O3' Sc2O3和Ga2O3除潮，然后按照化學式Y(jié)baErbY3-S^Sc2Ga3O12配比計算稱量,其中，a = 0. 9, b = 0. 9,原料總重為2400g。各氧化物的純度均為5N 6N。將各氧化物原料裝 入容器中混合均勻后裝入乳膠袋中，在油壓機內(nèi)靜壓成型。將壓制成型的原料裝入高溫爐中進行多晶料合成。制備Yb:Er:YSGG 晶體(a = 0. 9, b = 0. 9)將拉晶料裝入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中，坩堝尺寸為4 90 X 90mm，并在爐膛內(nèi)壁附近放置15g干燥劑P2O5后封閉爐門。抽真空，直至爐膛內(nèi)壓強不大于5X KT2Pa后開始真空烘料，即一邊繼續(xù)抽真空，一邊加熱至200°C，保持200°C恒溫10h。然后關閉抽真空系統(tǒng)，向晶體生長爐中充入特制的低1120含量(不大于I. 5ppm)的保護性氣體Ar和體積百分含量為2 %的O2 (由于原料中的Ga2O3在高溫下容易揮發(fā)，通入一定量的O2可以抑制Ga2O3的揮發(fā)，以保持原料的組成)。然后升溫熔料、下籽晶、提拉生長和降溫取晶體，這一過程與通常生長Er:YSGG晶體相同。主要生長工藝參數(shù)為籽晶方向〈111〉晶向，拉速l_/h,轉(zhuǎn)速15r/min。生長獲得的Yb:Er:YSGG晶體在馬弗爐中1200°C退火15h，之后進行激光棒光學粗加工和精加工，其高溫退火和光學加工工藝過程與Er = YSGG晶體相同。 制備得到的Yb: Er: YSGG晶體的晶體化學組成為Yba 9Er0.9YL2Sc2Ga3012,該晶體為立 方晶系石榴石結(jié)構(gòu)，Yb和Er離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的Y離子。測試光學質(zhì)量和光學均勻性上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為04X 100mm，按激光棒技術要求，對兩端面進行了光學精加工。其中消光比的測試條件為采用線偏振光，波長1064nm,光斑尺寸O 3mm。波前畸變的測試條件為測試波長1064nm,光斑尺寸O 3mm,用CXD進行圖像采集。散射顆粒測試條件為200mW的532nm綠光通過晶體，肉眼觀測。測試結(jié)果不于表I。測試激光性能上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為04X 100mm，晶體兩端鍍2. 8 iim增透膜，冷卻水溫為15±2°C，泵浦脈寬為300ii S，重復頻率為1Hz，輸出鏡透過率為14%，采用InGaAs 二極管側(cè)面泵浦，測定光光轉(zhuǎn)換效率和泵浦閾值來表示其激光性能。其激光性能測試結(jié)果如表2所示。實施例6:制備拉晶料將各氧化物原料Er2O3' Yb2O3' Y2O3' Sc2O3和Ga2O3除潮，然后按照化學式Y(jié)baErbY3-S^Sc2Ga3O12配比計算稱量,其中，a = 0. 15,b = 0. 9,原料總重為2400g。各氧化物的純度均為5N 6N。將各氧化物原料裝入容器中混合均勻后裝入乳膠袋中，在油壓機內(nèi)靜壓成型。將壓制成型的原料裝入高溫爐中進行多晶料合成。制備Yb:Er:YSGG 晶體(a = I. 05，b = 0. 9)將拉晶料裝入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中，坩堝尺寸為4 90 X 90mm，并在爐膛內(nèi)壁附近放置20g干燥劑P2O5后封閉爐門。抽真空，直至爐膛內(nèi)壓強不大于5X KT2Pa后開始真空烘料，即一邊繼續(xù)抽真空，一邊加熱至300°C，保持300°C恒溫20h。然后關閉抽真空系統(tǒng)，向晶體生長爐中充入特制的低1120含量(不大于I. 5ppm)的保護性氣體Ar和體積百分含量為2 %的O2 (由于原料中的Ga2O3在高溫下容易揮發(fā)，通入一定量的O2可以抑制Ga2O3的揮發(fā)，以保持原料的組成)。然后升溫熔料、下籽晶、提拉生長和降溫取晶體，這一過程與通常生長Er:YSGG晶體相同。主要生長工藝參數(shù)為籽晶方向〈111〉晶向，拉速l_/h,轉(zhuǎn)速15r/min。
生長獲得的Yb:Er:YSGG晶體在馬弗爐中1200°C退火15h，之后進行激光棒光學粗加工和精加工，其高溫退火和光學加工工藝過程與Er = YSGG晶體相同。制備得到的Yb:Er:YSGG晶體的晶體化學組成為Ybhci5Era9Yu5Sc2Ga3O12,該晶體為立方晶系石榴石結(jié)構(gòu)，Yb和Er離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的Y離子。測試光學質(zhì)量和光學均勻性
上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4Χ 100mm，按激光棒技術要求，對兩端面進行了光學精加工。其中消光比的測試條件為采用線偏振光，波長1064nm,光斑尺寸Φ3ι πι。波前畸變的測試條件為測試波長1064nm,光斑尺寸Φ3ι πι,用CXD進行圖像采集。散射顆粒測試條件為200mW的532nm綠光通過晶體，肉眼觀測。測試結(jié)果不于表I。測試激光性能上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4Χ 100mm，晶體兩端鍍2. 8 μ m增透膜，冷卻水溫為15±21，泵浦脈寬為30(^8，重復頻率為1Hz，輸出鏡透過率為14%，采用InGaAs 二極管側(cè)面泵浦，測定光光轉(zhuǎn)換效率和泵浦閾值來表示其激光性能。其激光性能測試結(jié)果如表2所示。實施例7 制備拉晶料將各氧化物原料Er2O3' Yb2O3' Y2O3> Sc2O3和Ga2O3除潮，然后按照化學式Y(jié)baErbY3-S^Sc2Ga3O12配比計算稱量,其中，a = I. 2, b = O. 9,原料總重為2400g。各氧化物的純度均為5N 6N。將各氧化物原料裝入容器中混合均勻后裝入乳膠袋中，在油壓機內(nèi)靜壓成型。將壓制成型的原料裝入高溫爐中進行多晶料合成。制備Yb:Er:YSGG 晶體(a = I. 2，b = O. 9)將拉晶料裝入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中，坩堝尺寸為Φ 90 X 90mm，并在爐膛內(nèi)壁附近放置20g干燥劑P2O5后封閉爐門。抽真空，直至爐膛內(nèi)壓強不大于5X10_2Pa后開始真空烘料，即一邊繼續(xù)抽真空，一邊加熱至300°C，保持300°C恒溫10h。然后關閉抽真空系統(tǒng)，向晶體生長爐中充入特制的低&0含量(不大于I. 5ppm)的保護性氣體Ar和體積百分含量為2 %的O2 (由于原料中的Ga2O3在高溫下容易揮發(fā)，通入一定量的O2可以抑制Ga2O3的 車發(fā)，以保持原料的組成)。然后升溫熔料、下籽晶、提拉生長和降溫取晶體，這一過程與通常生長Er:YSGG晶體相同。主要生長工藝參數(shù)為籽晶方向〈111〉晶向，拉速lmm/h,轉(zhuǎn)速15r/min。生長獲得的Yb:Er:YSGG晶體在馬弗爐中1200°C退火15h，之后進行激光棒光學粗加工和精加工，其高溫退火和光學加工工藝過程與Er = YSGG晶體相同。制備得到的Yb:Er:YSGG晶體的晶體化學組成為YK2Era9Ya9Sc2Ga3O12,該晶體為立方晶系石榴石結(jié)構(gòu)，Yb和Er離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的Y離子。測試光學質(zhì)量和光學均勻性上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4Χ 100mm，按激光棒技術要求，對兩端面進行了光學精加工。其中消光比的測試條件為采用線偏振光，波長1064nm,光斑尺寸Φ3ι πι。波前畸變的測試條件為測試波長1064nm,光斑尺寸Φ3ι πι,用C⑶進行圖像采集。散射顆粒測試條件為200mW的532nm綠光通過晶體，肉眼觀測。測試結(jié)果不于表I。測試激光性能上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4Χ 100mm，晶體兩端鍍2. 8 μ m增透膜，冷卻水溫為15±21，泵浦脈寬為30(^8，重復頻率為1Hz，輸出鏡透過率為14%，采用InGaAs 二極管側(cè)面泵浦，測定光光轉(zhuǎn)換效率和泵浦閾值來表示其激光性能。其激光性能測試結(jié)果如表2所示。實施例8:
制備拉晶料將各氧化物原料Er2O3' Yb2O3' Y2O3> Sc2O3和Ga2O3除潮，然后按照化學式Y(jié)baErbY3-S^Sc2Ga3O12配比計算稱量,其中，a = 2. I, b = O. 9,原料總重為2400g。各氧化物的純度均為5N 6N。將各氧化物原料裝入容器中混合均勻后裝入乳膠袋中，在油壓機內(nèi)靜壓成型。將壓制成型的原料裝入高溫爐中進行多晶料合成。制備Yb:Er:YSGG 晶體(a = 2. I, b = O. 9)將拉晶料裝入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中，坩堝尺寸為Φ 90 X 90mm，并在爐膛內(nèi)壁附近放置IOg干燥劑P2O5后封閉爐門。抽真空，直至爐膛內(nèi)壓強不大于5X10_2Pa后開始真空烘料，即一邊繼續(xù)抽真空，一邊加熱至200°C，保持200°C恒溫10h。然后關閉抽真空系統(tǒng)，向晶體生長爐中充入特制的低&0含量(不大于I. 5ppm)的保護性氣體N2和體積百分含量為2%的O2 (由于原料中的Ga2O3在高溫下容易揮發(fā)，通入一定量的O2可以抑制Ga2O3的 車發(fā)，以保持原料的組成)。然后升溫熔料、下籽晶、提拉生長和降溫取晶體，這一過程與通常生長Er:YSGG晶體相同。主要生長工藝參數(shù)為籽晶方向〈111〉晶向，拉速lmm/h,轉(zhuǎn)速15r/min。生長獲得的Yb:Er:YSGG晶體在馬弗爐中1200°C退火15h，之后進行激光棒光學粗加工和精加工，其高溫退火和光學加工工藝過程與Er = YSGG晶體相同。制備得到的Yb:Er:YSGG晶體的晶體化學組成為YK5Era9Ya6Sc2Ga3O12,該晶體為立方晶系石榴石結(jié)構(gòu)，Yb和Er離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的Y離子。測試光學質(zhì)量和光學均勻性上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4Χ 100mm，按激光棒技術要求，對兩端面進行了光學精加工。其中消光比的測試條件為采用線偏振光，波長1064nm,光斑尺寸Φ3ι πι。波前畸變的測試條件為測試波長1064nm,光斑尺寸Φ3ι πι,用CXD進行圖像采集。散射顆粒測試條件為200mW的532nm綠光通過晶體，肉眼觀測。測試結(jié)果不于表I。測試激光性能上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為Φ4Χ 100mm，晶體兩端鍍2. 8 μ m增透膜，冷卻水溫為15±21，泵浦脈寬為30(^8，重復頻率為1Hz，輸出鏡透過率為14%，采用InGaAs 二極管側(cè)面泵浦，測定光光轉(zhuǎn)換效率和泵浦閾值來表示其激光性能。其激光性能測試結(jié)果如表2所示。實施例9:
制備拉晶料將各氧化物原料Er2O3' Yb2O3' Y2O3' Sc2O3和Ga2O3除潮，然后按照化學式Y(jié)baErbY3-S^Sc2Ga3O12配比計算稱量,其中，a = 2. I, b = 0. 9,原料總重為2400g。各氧化物的純度均為5N 6N。將各氧化物原料裝入容器中混合均勻后裝入乳膠袋中，在油壓機內(nèi)靜壓成型。將壓制成型的原料裝入高溫爐中進行多晶料合成。制備Yb:Er:YSGG 晶體(a = 2. I, b = 0. 9)將拉晶料裝入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中后封閉爐門。坩堝尺寸為4 90 X 90mm。向晶體生長爐中充入普通的保護性氣體Ar和體積百分含量為2%的02(由于原料中的Ga2O3在聞溫下各易揮發(fā)，通入一定量的O2可以抑制Ga2O3的揮發(fā)，以保持原料的組成)。
然后升溫熔料、下籽晶、提拉生長和降溫取晶體，這一過程與通常生長Er:YSGG晶體相同。主要生長工藝參數(shù)為籽晶方向〈111〉晶向，拉速l_/h,轉(zhuǎn)速15r/min。生長獲得的Yb:Er:YSGG晶體在馬弗爐中1200°C退火15h，之后進行激光棒光學粗加工和精加工，其高溫退火和光學加工工藝過程與Er = YSGG晶體相同。制備得到的Yb:Er:YSGG晶體的晶體化學組成為YK5Era9Ya6Sc2Ga3O12,該晶體為立方晶系石榴石結(jié)構(gòu)，Yb和Er離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的Y離子。測試光學質(zhì)量和光學均勻性上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為04X 100mm，按激光棒技術要求，對兩端面進行了光學精加工。其中消光比的測試條件為采用線偏振光，波長1064nm,光斑尺寸O 3mm。波前畸變的測試條件為測試波長1064nm,光斑尺寸O 3mm,用C⑶進行圖像采集。散射顆粒測試條件為200mW的532nm綠光通過晶體，肉眼觀測。測試結(jié)果不于表I。測試激光性能上述制備的Yb:Er:YSGG晶體加工成晶體棒，該晶體棒的尺寸為04X 100mm，晶體兩端鍍2. 8 iim增透膜，冷卻水溫為15±2°C，泵浦脈寬為300ii S，重復頻率為1Hz，輸出鏡透過率為14%，采用InGaAs 二極管側(cè)面泵浦，測定光光轉(zhuǎn)換效率和泵浦閾值來表示其激光性能。其激光性能測試結(jié)果如表2所示。實施例I 9均得到了光學質(zhì)量良好的晶體。所有實施例的晶體都加工出了激光棒，光學質(zhì)量和光學均勻性的測量結(jié)果表明，本發(fā)明Yb:Er:YSGG晶體的光學質(zhì)量和光學均勻性與Er = YSGG晶體基本一致，表明在Er: YSGG晶體中進一步摻入Yb離子并不明顯影響晶體的光學質(zhì)量和光學均勻性；其消光比、波前畸變和散射的性能指標均能達到激光晶體棒產(chǎn)品標準的優(yōu)級品水平(見表I)。本發(fā)明Yb:Er:YSGG晶體的激光性能測試結(jié)果表明，本發(fā)明通過共摻入一定量的Yb3+離子，并采用低OH—含量的晶體制備技術獲得的Yb:Er:YSGG晶體在940nm 二極管泵浦條件下，光光轉(zhuǎn)換效率較高，激光工作的泵浦閾值較低，效率高，實現(xiàn)了有效的激光輸出，光學質(zhì)量好，有利于獲得大功率輸出激光器的應用要求(見表2)。采用除水工藝能進一步提高晶體的激光性能表I各實施例和對比例的晶體光學質(zhì)量和光學均勻性的比較
權(quán)利要求
1.一種摻鐿、鉺的鈧鎵石榴石晶體，其特征在于所述晶體的化學組成為YbaErbY3_a_bSc2Ga3012,其中，O <a<2.1,b = 0.9。
2.如權(quán)利要求I所述的摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體，其特征在于0.6 < a < I. 2，b=0. 9。
3.如權(quán)利要求I所述的摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體，其特征在于a= 0. 15,0. 3、 0.6,0. 75,0. 9,1. 05,1. 2 或者 2. 1，b = 0. 9。
4.如權(quán)利要求I所述的摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體，其特征在于所述摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體為立方晶系石榴石結(jié)構(gòu)，鐿和鉺離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的釔離子。
5.一種摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的制備方法，包括 將拉晶料放入晶體生長爐內(nèi)的坩堝中，在爐膛內(nèi)放置干燥劑以吸收爐膛內(nèi)氣氛中的水分；其中，所述干燥劑為P2O5，所述干燥劑每個生長爐次的用量為5 20g ; 對晶體生長爐進行抽真空，當爐內(nèi)壓力不大于5X 10_2Pa后，一邊抽真空，一邊加熱烘烤坩堝中的拉晶料，在200°C 500°C下持續(xù)烘烤IOh 20h，去除其中的水分； 關閉抽真空系統(tǒng)，向爐內(nèi)充惰性氣體和體積百分含量為2%的氧氣；所述惰性氣體為含水量不大于I. 5ppm的IS氣或氮氣； 升溫熔料、下籽晶、生長Yb: Er: YSGG晶體，然后降溫取出Yb: Er: YSGG晶體； 將生長出的Yb:Er:YSGG晶體在馬弗爐中在1200°C高溫下處理15h，消除晶體中0H_離子和色心； 所述制備的摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的化學組成為YbaErbY3IbSc2Ga3O12，其中，0<a^2. l,b = 0. 9； 所述制備的摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的化學組成為YbaErbY3IbSc2Ga3O12，其中，0.6 ^ a ^ I. 2, b = 0. 9 ； 所述制備的摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的化學組成為YbaErbY3IbSc2Ga3O12，其中，a =0.15,0. 3,0. 6,0. 75,0. 9,1. 05,1. 2 或者 2. 1，b = 0. 9 ; 所述制備的摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體為立方晶系石榴石結(jié)構(gòu)，鐿和鉺離子均取代釔鈧鎵石榴石晶體中的釔離子。
6.如權(quán)利要求5所述的摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的制備方法，其特征在于制備所述拉晶料的步驟包括將原料除潮，按照YbaErbY3IbSc2Ga3O12的配比稱量原料，其中，0< a < 2. l，b = 0. 9 ;將原料混合均勻后靜壓成型；將成型后的原料放入高溫爐中進行多晶料合成；降溫后將合成的多晶料研磨，并再一次靜壓成型，得到所述拉晶料。
7.如權(quán)利要求6所述的摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的制備方法，其特征在于所述原料為Er203、Yb203、Y2O3> Sc2O3和Ga2O3,所述原料的濃度為5N 6N。
8.如權(quán)利要求5所述的摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的制備方法，其特征在于所述生長Yb:Er:YSGG晶體的方法為熔體提拉法。
9.如權(quán)利要求5所述的摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的制備方法，其特征在于所述P2O5的用量為5、10、15或者20g ;所述加熱烘烤坩堝中的拉晶料的溫度為200、300或者500°C ；所述持續(xù)烘烤的時間為10、15或者20h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種摻鐿、鉺的鈧鎵石榴石晶體，所述晶體的化學組成為YbaErbY3-a-bSc2Ga3O12，其中，0＜a≤2.1，b＝0.9。本發(fā)明還公開了一種摻鐿、鉺釔鈧鎵石榴石晶體的制備方法。通過本發(fā)明得到的一種摻鐿、鉺的釔鈧鎵石榴石晶體，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的二極管泵浦激光輸出。
文檔編號C30B29/28GK102618929SQ20121011425
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者夏士興, 張月娟, 朱建慧, 李興旺, 李洪峰, 楊國利, 莫小剛, 韓劍鋒 申請人:北京雷生強式科技有限責任公司